前言

自1972年Intel公司推出第一款微處理器以來，計算機技術遵循著摩爾定律，以每18個月為一個周期微處理器性能提高一倍、價格降低一半的速度快步向前發(fā)展。以微處理器為核心的微型計算機在最近20年中發(fā)生了巨大的變化，經歷了從8088/8086到286、386、486、586、PⅡ、PⅢ等系列眾多CPU的飛躍。計算機對整個社會進步的影響有目共睹，其應用面的迅速拓寬，對個人與社會多方面的滲透表明，計算機技術已不再是深踞于高層次科技領域里的寵兒，它已經深入到社會活動的一切領域之中，闖進了平常百姓的生活里，使人們跨入信息時代、數(shù)字時代。

隨著電子技術的發(fā)展和近代超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，通過對計算機的功能部件進行剪裁及優(yōu)化，將CPU、程序存儲器（ROM）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、并行I/O口（PIO）、串行I/O口（SIO）、定時/計數(shù)器（CTC）及中斷控制器（ICU）等基本部件集成在一塊芯片中，制成了單芯片微型計算機（Single Chip Microcomputer），簡稱單片機，又稱為微控制器（Micro Controller Unit，MCU）。由于它能嵌入到某個電路或電子產品設備中，也稱為嵌入式控制器（Embedded Controller）。要把前面提到的眾多功能集合在一起，在過去需要具備專門的知識，采用很多電路組建成一個電子系統(tǒng)來實現(xiàn)。而今卻簡化成只需選擇一片合適的單片機，并對其已有的功能、指標、參數(shù)及引腳進行合理的使用即可完成。單片機與可編程邏輯器件相結合，構成了新一代電子工程應用技術。

20世紀90年代，單片機在我國迅速普及。在電子技術日新月異的今天，在人們的生活里，到處都可以看到單片機的具體應用。單片機可以嵌入到各種電子產品之中，成為機電產品的核心部件，控制著各種產品的工作。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機已從過去的單一品種，發(fā)展成為多品種、多系列機型，內部結構從過去的基本部件發(fā)展到集成有A/D、D/A、監(jiān)控定時器（WDT）、通信控制器（CCU）、脈寬調制器（PWM）、浮點運算器（FPU）、模糊控制器（FCU）、數(shù)字信號處理器（DSP），以及具有I2C、SPI、ISP等眾多特殊功能部件，成為功能越來越強的增強型、高檔型單片機。由于單片機具有功能強、體積小、功耗低、成本低、裸機編程、軟件代碼少、工作可靠、自動化程度高、實時響應速度快、使用方便等特點，因此被廣泛應用于工業(yè)制造、過程控制、數(shù)據(jù)采集、通信、智能化儀器儀表、汽車、船舶、航空航天、軍工及消費類電子產品中。

由單片機作為主控制器的全自動洗衣機、高檔電風扇、電子廚具、變頻空調、遙控彩電、攝像機、VCD/DVD機、組合音響、電子琴等產品早已進入了人們的生活。從家用消費類電器到復印機、打印機、掃描儀、傳真機等辦公自動化產品；從智能儀表、工業(yè)測控裝置到CT、MRI、γ刀等醫(yī)療設備；從數(shù)碼相機、攝錄一體機到航天技術、導航設備、現(xiàn)代軍事裝備；從形形色色的電子貨幣（如電話卡、水電氣卡）到身份識別卡、門禁控制卡、檔案管理卡以及相關讀/寫卡終端機等，都有單片機在其中扮演重要角色。因此有人說單片機“無處不在，無所不能”。

現(xiàn)今，炙手可熱的“三網”（即電信網、有線電視網、國際互聯(lián)網）融合產品、物聯(lián)科技已開始興起；在汽車中普遍都需要有30多個單片機被用于其中的空調、音響、儀表盤、自動窗、遙控門、自控前后蓋、空氣質量監(jiān)測、反射鏡角度調整、自動滅火、防盜報警等的控制，協(xié)調控制著發(fā)動機、傳動器、制動器、安全氣囊、車載全球定位系統(tǒng)（GPS）等有條不紊地工作；此外，還有工業(yè)自動化控制和軍事科技等。這些領域的應用開發(fā)都還存在很多技術問題尚要解決，這正是電子技術人員可以大展拳腳的領域。

從學習的角度，單片機作為一個完整的數(shù)字處理系統(tǒng)，具備了構成計算機的主要單元部件，在這個意義上稱為單片微機并不過分。通過學習和應用單片機進入計算機硬件設計之門，可達到事半功倍的效果。

從應用的角度，單片機是一片大規(guī)模集成電路，可自成一體，對于其他微處理器所需的大量外部器件的連接都在單片機內部完成，各種信息傳遞的時序關系變得非常簡單，易于理解和接受。用單片機實現(xiàn)某個特定的控制功能十分方便。

從設計思想的角度，單片機的應用意味著“從以硬件電路設計為主的傳統(tǒng)設計方法向以軟件設計為主、對單片機內部資源及外部引腳功能加以利用的設計方法的轉變”，從而使硬件成本大大降低，設計工作靈活多樣。往往只需改動部分程序，就可以增加產品功能，提高產品性能。

單片機技術的功效神奇，有時也給人一種神秘莫測、難于駕馭之感。究其原因，很多初學者不太重視實踐，缺乏行之有效的經驗總結，缺乏將分散的實踐經驗上升到知識的理解層面。其實，如果從應用的角度來看，單片機既不神秘，也不難駕馭。單片機課程是一門實踐性、綜合性、應用性很強的課程，初學者應樹立在學中“做”，在做中“學”的思想。先學習單片機硬件結構、存儲結構、指令系統(tǒng)及中斷系統(tǒng)，然后不斷地進行編程練習，通過實驗提升技能，加深理解，結合單片機最小系統(tǒng)板或開發(fā)板等實物進行硬件編程控制，提高動手能力。如此循序漸進、舉一反三，才會有“登堂入室”之感，才能逐步將單片機應用于各種場合中以解決實際問題。

總之，單片機不同于通用微型計算機，它能夠靈活嵌入到各類電子產品中，使電子產品具備智能化和“傻瓜”化操作，已經成為電子自動化技術的核心基礎。因此，學習單片機非常有必要。

由于目前的單片機教材大多是沿用20世紀80年代的內容，使用的芯片（如8031）過于陳舊，很多學生學完單片機課程后，到工作單位從事實際的單片機系統(tǒng)設計時總感覺學無所用，而且脫離實際。現(xiàn)在，單片機的應用已真正步入“單片”時代。單片機內部集成的功能部件越來越多，功能越來越強，對單片機應用系統(tǒng)的設計已很少采用外部的并行總線擴展RAM和ROM，而是采用選擇包含不同存儲容量的單片機。即使是需要擴展外部RAM存儲器，也往往會選用串行I2C、SPI總線擴展技術。對I/O口的擴展也不再使用8255或8155這樣的芯片，而是選擇具有不同引腳封裝的單片機。當需要的I/O口少時，可以選擇封裝引腳少的單片機（最少的只有8個引腳，含6個I/O口引腳）；若需要的I/O口較多時，可以選擇引腳封裝多的單片機（最多的有上百個引腳）。很多單片機內部都集成有8位或10位的中低精度的A/D、D/A轉換器。因此，在精度要求不高的場合，完全可以選用片內帶有A/D、D/A轉換器的單片機。只有在要求高精度（12位以上）、高速采樣的場合，才需要選用擴展外部串行或并行接口的A/D、D/A轉換器，這樣可以大大降低成本，減小產品體積。基于上述原因，本書在編寫過程中，對原有的單片機教材做了較大的改良，盡量將那些在實際應用中很少見的，或已經淘汰的芯片不寫入教材，而將實際應用中比較流行的技術吸收進來，形成具有特色的教材，力求做到與市場接軌，與現(xiàn)實同步。為了幫助讀者更快地進入單片機應用領域，本書附有實驗和課程設計實例。

全書共15章。第1章是單片機概述，介紹單片機的發(fā)展歷程、應用領域和各種常用的低功耗單片機、增強型單片機的性能特點，介紹STC系列單片機的選型；第2章介紹8051單片機的體系結構、內部主要部件的功能，以及存儲器結構與編址范圍；第3章介紹8051單片機指令系統(tǒng)和指令的使用方法；第4章介紹8051單片機程序結構和設計方法；第5～7章介紹8051單片機中斷系統(tǒng)結構、中斷控制、編程和串行口使用方法；第8章以STC15Fxx系列單片機為例，介紹增強型單片機新增功能部件的使用方法；第9章介紹單片機系統(tǒng)的擴展，重點介紹串行總線擴展技術，精簡了并行總線擴展內容；第10章介紹單片機與鍵盤、數(shù)碼顯示、液晶顯示、打印機的接口形式和編程方法；第11章介紹A/D、D/A轉換器性能指標、芯片選型，著重介紹了串行A/D、D/A轉換器的接口使用方法；第12章介紹C51在單片機中的編程方法，以及混合編程的具體運用；第13章介紹如何根據(jù)需求進行系統(tǒng)設計，并設計了一個單片機開發(fā)板；第14～15章以單片機應用實驗為主，介紹了使用Proteus進行單片機仿真，精選了9個單片機編程實驗項目，這些實驗項目可在第13章設計的開發(fā)板的基礎上完成。

本書可作為高等院校相關專業(yè)單片機課程的教材，也可供電子技術、計算機應用方面的工程技術人員閱讀、參考。本書涉及的內容較多，參考教學學時為60～80學時，授課教師可參照下表并使用本書配套資源完成教學任務。

由于各學校教學計劃和生源素質有所不同，授課教師可以根據(jù)具體情況適當調整教學內容、學時分配。為配合教學，各章配有練習與思考題。

本書配有PPT、程序源代碼、課程設計指導書（帶溫度計的電子鐘設計、可控波形發(fā)生器設計、LED點陣顯示設計、可控流動燈設計等4個設計實例）等教學資源，可登錄電子工業(yè)出版社華信教育資源網（www.hxedu.com.cn），免費注冊、下載。

本書也可為任課教師提供單片機實驗開發(fā)板（第13章設計的開發(fā)板），相關事宜可與本書編著者聯(lián)系（Email：you2006cn@sina.com）。

全書主要由朱兆優(yōu)負責編寫，陳堅參與了第5～7章的編寫，鄧文娟參與了第4章的編寫，王海濤參與了第12章的編寫。參加本書編寫工作的還有趙永科、胡文龍，洪俊雄、洪恩華、周更新、王娟、范淑娜和涂曉紅對書稿的編寫、插圖、校對和程序調試做了很多工作。朱兆優(yōu)負責全書的策劃、內容安排、文稿編寫修改和審定。

本書在編寫過程中得到周航慈教授的大力支持，周航慈教授對本書初稿進行了審閱，還得到STC公司創(chuàng)始人、總經理姚永平先生的大力支持和幫助，在此對他們付出的辛勤工作表示衷心感謝！

由于本書涉及的知識點較多，盡管在編寫中做了很多努力，但由于時間倉促，難免有不足和疏漏之處，歡迎廣大讀者提出寶貴意見和建議，以便進一步改進和提高，使之滿足實際教學的需要。

編著者